PAGINA 1 DE 57 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN
AISLAMIENTOS TERMICOS PARA ALTAS
TEMPERATURAS EN EQUIPOS, RECIPIENTES
Y TUBERIA SUPERFICIAL
CONTENIDO CAPÍTULO PÁGINA 0. INTRODUCCIÓN... 4 1. OBJETIVO ... 5 2. ALCANCE... 5 3. CAMPO DE APLICACIÓN ... 5 4. ACTUALIZACIÓN ... 5 5. REFERENCIAS... 6 6. DEFINICIONES ... 7 7. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ... 8 8. DESARROLLO ... 9 8.1 Generalidades ... 9 8.2 Materiales... 10 8.3 Diseño ... 15
8.4 Máxima transferencia de calor ... 17
8.5 Especificaciones de montaje... 17
8.6 Colocación de acabados... 31
8.7 Requisiciones de material ... 34
8.8 Termoaislantes removibles ... 34
8.9 Inspección, seguridad y protección ambiental ... 35
8.10 Inspección final ... 36
8.11 Requisitos generales para mantenimiento... 36
8.12 Suministro, transportación, manejo y almacenaje... 39
9. RESPONSABILIDADES ... 40
10. CONCORDANCIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES ... 41
11. BIBLIOGRAFÍA... 41
12. ANEXOS ... 43
12.1 Anexo A, Ejemplo de cálculo... 43
12.2 Anexo B, Tabla-1, máxima transferencia de calor permisible... 47
0. INTRODUCCIÓN.
Dentro de las principales actividades que se llevan a cabo en Petróleos Mexicanos y sus Organismos Subsidiarios, existe la necesidad de aislar térmicamente equipos y tubería superficial que manejan fluidos con altas temperaturas.
Por lo tanto, dentro de esta norma de referencia se definen las características que debe cumplir el material termoaislante respecto al diseño, instalación y mantenimiento, seguridad y protección ambiental, a fin de seleccionar los materiales y contar con un sistema de aislamiento térmico eficiente y duradero, de acuerdo a las características de las instalaciones a las que se destinen.
Este documento se realizó en atención y cumplimiento a: Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente. Ley de Adquisiciones, arrendamientos y Servicios del Sector Público. Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas. Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
Reglamento de Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas. Reglamento de la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público.
CNPMOS-001 Guía para la Emisión de Normas de Referencia de Petróleos Mexicanos y Organismos subsidiarios (26 de julio de 2001).
Lista de participantes:
Pemex Exploración y Producción. Petróleos Mexicanos.
Pemex Gas y Petroquímica Básica. Pemex. Petroquímica.
Pemex Refinación.
Instituto Mexicano del Petróleo. Aistermi S.A. de C.V.
Aislantes Minerales S.A. de C.V.
Aislamientos Comerciales e Industriales S.A. de C.V. Termo Acústicos Industriales.
Vitro Fibras, S. A.
1. OBJETIVO.
Establecer los requisitos para la adquisición, contratación del diseño, montaje, inspección y mantenimiento de sistemas termoaislantes.
2. ALCANCE.
Esta norma de referencia, establece los requisitos mínimos para el diseño, montaje, inspección y mantenimiento de aislamientos térmicos de alta temperatura con rango de 310 K (37°C) a 1088 K (815° C), para evitar riesgos en la salud de los trabajadores y minimizar el impacto ambiental para las instalaciones donde se apliquen estos materiales.
Fuera del alcance.
a) No incluye sistemas termoaislantes con aplicación de materiales reflectivos. b) No se contempla en el contenido de esta norma:
- Protección contra fuego.
- Aislamientos térmicos para edificios, refrigeradores, aire acondicionado y equipos de ventilación.
3. CAMPO DE APLICACIÓN.
Esta norma de referencia es de aplicación general y observancia obligatoria en la adquisición y contratación de los bienes y servicios, que se lleven a cabo en los centros de trabajo de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios, en donde se requiera utilizar sistemas termoaislantes para altas temperaturas. Por lo que debe ser incluida en los procedimientos de contratación: licitación pública, invitación a cuando menos tres personas, o adjudicación directa, como parte de los requisitos que debe cumplir el proveedor, contratista o licitante.
4. ACTUALIZACIÓN.
Las sugerencias para la revisión y actualización de esta norma, deben enviarse al Secretario del Subcomité Técnico de Normalización de PEP, quien deberá programar y realizar la actualización de acuerdo a la procedencia de las mismas, y en su caso, a través del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios, procederá a inscribirla en el programa anual de Normalización de Pemex. Sin embargo, esta norma se debe revisar y actualizar, al menos cada 5 años o antes, si las sugerencias y recomendaciones de cambio lo ameritan.
Pemex Exploración y Producción. Subcomité Técnico de Normalización. Bahía de Ballenas 5, Edificio “D”, P.B. Col. Verónica Anzures.
CP. 11311 México, D.F. Teléfono directo: 1944-9286.
Conmutador: 1944-2500, extensión: 3-26-90. Correo Electrónico: [email protected]
5. REFERENCIAS.
5.1 NOM-009-ENER-1995 - Eficiencia energética en aislamientos térmicos industriales editada en el Diario
Oficial de la Federación el 08 de Noviembre de 1995.
5.2 NOM-008-SCFI-2002 - Sistema General de Unidades de Medida.
5.3 NOM-085-ECOL-1994 Contaminación atmosférica para fuentes fijas que utilizan combustibles fósiles,
sólidos, líquidos, gaseosos o cualquiera de sus combinaciones.
5.4 NMX-C-379-1993 - Industria de la construcción - Materiales termoaislantes - Cemento Monolítico de
Fibras Minerales – Especificaciones.
5.6 NMX-C-376-1992 -Industria de la Construcción - Materiales Termoaislantes - Perdidas de Masa por
Abrasión e Impacto - Método de Prueba.
5.9 ISO8501, preparación de superficies de acero antes de aplicar pinturas y productos análogos
-evaluación visual de limpieza superficial.
Parte 1, grados de oxidación y de preparación de las superficies de acero sin recubrir y de las superficies de acero después de eliminar totalmente los recubrimientos anteriores.
Parte 2, grados de preparación de superficies de acero previamente recubiertas después de eliminar totalmente los recubrimientos anteriores
Parte 3, grados de preparación de soldaduras, bordes cortados y otras áreas con imperfecciones superficiales.
6. DEFINICIONES.
Para los efectos de esta norma de referencia, aplican las definiciones de la NOM-009-ENER-1995, y las siguientes:
6.1 Calor específico. Característica que implica intercambio térmico entre la masa termoaislante y el
sustrato metálico. La cantidad de calor transferida depende de la densidad del termoaislante, por lo que debe ser considerado en el diseño.
6.2 Código equivalente. Se refiere a un documento que exija el cumplimiento de las características propias
del material, en nivel cuantitativo y para efectos de calidad igual o superior, al propuesto en esta norma de referencia.
6.3 Densidad. Es la masa por unidad de volumen de un material. El término es aplicable a mezclas y
sustancias puras y a la materia en el estado sólido, líquido, gaseoso o de plasma. Las unidades comunes de la densidad son gramos por centímetro cúbico y slugs o libras por pie cúbico.
6.4 Difusividad térmica. Es la velocidad con que un termoaislante gana o pierde calor y su temperatura se
modifica a través de él.
6.5 Estabilidad dimensional. Es la propiedad que indica la habilidad del termoaislante para conservar su
forma y tamaño frente al envejecimiento, o cuando esta sujeto a temperatura constante o cambiante.
6.6 Expansión. Propiedad que define el cambio dimensional de un material, termoaislante, tubería o
equipo, cuando su temperatura cambia, este cambio es reversible.
6.7 Higroscopía. Es la tendencia de un material a absorber vapor de agua de la humedad ambiental. 6.8 pH (Potencial de hidrógeno). Es el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno en
gramos equivalentes por litro. Se mide en una escala de 0 a 14, siendo 7 el punto neutro. Las sustancias ácidas reportan valores por abajo de 7 y las alcalinas por arriba de 7.
6.9 Resiliencia. Propiedad típica de los termoaislantes fibrosos por la cual recuperan su forma y dimensión
cuando desaparece la fuerza deformante.
6.10 Resistencia a la compresión. Capacidad que tiene el termoaislante para no deformarse cuando sea sometido a cargas o fuerzas o abusos mecánicos.
6.11 Servicio a temperatura dual. Esto ocurre cuando la tubería o equipo opera durante un tiempo en cierta
temperatura (alta o baja) y de forma inmediata, cambia a operar a una temperatura contrastante (baja o alta).
6.12 Temperatura ambiente (Ta). Es la temperatura del aire en el medio circundante al lugar donde se
encuentra situado el sistema termoaislante.
De acuerdo con los datos meteorológicos de la zona de referencia, la temperatura ambiente para diseño se toma de la siguiente manera:
a) Para control de temperatura de operación se debe considerar la mínima anual. b) Para definir espesor económico se debe considerar la media anual.
c) Para control de temperatura de superficie por seguridad industrial se debe considerar la máxima anual. d) Para conservación de energía se debe considerar la media anual.
7. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS.
ASTM International Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials).
LGEEPA Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente.
NMX Norma Mexicana.
NOM Norma Oficial Mexicana.
pH Potencial hidrógeno.
ppm Partes por millón.
PEP Pemex Exploración y Producción.
NRF Norma de referencia.
Para los efectos de esta norma con relación a: simbología y valores de unidades de medida, referirse a la NOM-008 SCFI-2002 “Sistema General de Unidades de Medida”.
8. DESARROLLO.
En este capítulo se establecen las características y propiedades que deben cumplir los materiales termoaislantes, así como los requisitos de diseño, instalación, seguridad y protección ambiental.
8.1 Generalidades.
Para el diseño, y construcción de un sistema termoaislante se debe cumplir con los siguientes requisitos:
a) Los materiales aplicables, sus características y propiedades son los indicados en 8.2 de esta norma de referencia.
b) Los termoaislantes y materiales complementarios, deben cumplir con los estándares ASTM C 692, C 795 y C 871 (o equivalentes) referentes a los tipos de termoaislantes y su influencia en aceros inoxidables austeníticos.
c) Los materiales deben cumplir con los valores de transferencia de calor permisibles, indicados en la tabla 1 del anexo “B” inciso 12.2 de esta norma de referencia.
d) Se debe entregar a Pemex el certificado de calidad de los materiales, expedido por el proveedor. Los materiales termoaislantes deben cumplir con las características y propiedades indicadas en esta norma de referencia y las que apliquen a cada producto de conformidad con los estándares ASTM (o sus equivalentes) (C612, C592, C547, C553 para los fibrosos, C610 para perlita, C533 para Silicato de Calcio y C552 para vidrio celular). Estas propiedades son la transmisión térmica en estado estacionario, resistencia a la compresión, contracción lineal por calor prolongado, adsorción de humedad y la medida de rigidez o flexibilidad en los casos que corresponda.
En cada concurso el proveedor debe entregar las constancias de resultados de las pruebas expedidas por laboratorios acreditados por la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA) o laboratorios inscritos en la International Acreditation Forum, Inc. (IAF) y reconocidos por EMA, con una vigencia no mayor a dos años y que demuestren cumplir con los requisitos de esta norma, según se indica en 8.9.2.
e) Antes de la adquisición de los materiales, el diseñador debe entregar para validación, las memorias de cálculo de los espesores de los diferentes tipos de sistemas termoaislantes utilizados en el proyecto o instalación.
Para los efectos de esta norma, en lo referente a: Control de la temperatura de proceso (CTP), Espesor económico. (EE), Protección al personal. (PP) y Conservación de energía (CE), aplican los conceptos contenidos en la NOM-009-ENER-1995.
8.2 Materiales.
Los materiales aplicables para los sistemas de aislamiento térmico son los indicados en la tabla 1:
Material Tipo genérico Formas de presentación y aplicación
Lana de roca Fibras Minerales Placas Colchas Preformados Cemento monolítico Fibra de vidrio Fibras Minerales Placas
Colchas Preformados Perlita expandida Granulares Placas
Preformados Silicato de calcio Granulares Placas
Preformados
Tabla 1 Materiales para sistemas termoaislantes. 8.2.1 Características y propiedades.
Las características y propiedades de cada uno de los sistemas señalados, se detallan a continuación.
8.2.1.1 Lana de roca. En equipos En tuberías Propiedades Placa rígida Placa semirrígida Colcha armado metálico Cemento Colcha armado metálico Preformado Límites máximos de temperatura (°C) 1 035 650 650 650 650 650 Densidad (kg/m3)* 280 48 – 128 80 - 192 — 80-192 100 - 128
*La densidad debe ser seleccionada por el diseñador, de acuerdo al servicio (temperatura de operación)
Adicionalmente a las especificaciones básicas mencionadas en la tabla anterior, los termoaislantes de lana de roca deben cumplir las siguientes características.
Características Contenido
Contenido máximo de cloruros solubles 60 ppm (*) Contenido máximo de material no convertido a fibra
(shot) sobre malla No.100 US
25,0 %
Contenido máximo de aceite. (Pérdidas por ignición) 1,0 %
Azufre máximo 1,5 %
(*) Ver referencia 8.1, b)
Tabla 3 Características de la lana de roca. 8.2.1.2 Fibra de vidrio.
En equipos En tuberías Propiedades
Placa semirrígida Colcha Preformado Límites máximos
de temperatura (°C)
454 538 454
Densidad (kg/m3) * 32, 64 y 96 48 y 96 80 * La densidad debe ser seleccionada por el diseñador, de acuerdo al servicio (Temperatura de operación)
Tabla 4 Propiedades de la fibra de vidrio.
Adicionalmente a las especificaciones básicas mencionadas, los termoaislantes de fibra de vidrio deben cumplir con lo siguiente:
a) Conductividad térmica a 297 K (75 °F), debe ser menor o igual a 0,035 W/°C cm.
8.2.1.3 Perlita expandida.
En equipos En tuberías Propiedades
Placa rígida Preformado
Límites máximos de temperatura (°C) 650 650
Densidad (kg/m3) 192 - 224 192 - 224
Tabla 5 Propiedades de la perlita expandida.
Adicionalmente a las especificaciones básicas mencionadas, los termoaislantes de perlita expandida deben cumplir las siguientes características:
Características Contenido
Silicato de sodio/Cloruros solubles Mínimo: 20 ppm/1,0 ppm (*)
pH Mínimo: 8,5
Cloruros solubles Máximo: 800 ppm (*)
Fibras de asbesto (**) 0 %
Absorción de humedad del medio ambiente atmosférico*
No debe absorber humedad
(*) Referencia, 8.1, b)
(**) Aplica para acero inoxidable.
Tabla 6 Características de la perlita expandida. 8.2.1.4 Silicato de calcio.
En equipos En tuberías Propiedades
Placa rígida Preformado
Límitesmáximosde temperatura (°C) 815 815
Densidad (kg/m3) 240 240
Tabla 7 Propiedades del silicato de calcio. 8.2.2 Otras consideraciones para el diseño.
8.2.2.1 Deben utilizarse materiales no combustibles.
8.2.2.2 Cuando se trate de equipos o tuberías de acero inoxidable, solo se deben emplear termoaislantes que no provoquen corrosión por tensión superficial. Para esto, los termoaislantes o materiales accesorios, no deben tener iones, cloro o deben contener un mínimo de 20 ppm de silicato de sodio por cada ppm de cloruro soluble. Cualquier termoaislante que contenga 800 ppm o más de cloruros no es aceptable, (Ref. 8.1 b).
8.2.2.3 Todos los recubrimientos para los acabados usados deben ser libres de asbesto.
8.2.2.4 En áreas donde el termoaislante pueda verse sometido a cargas o abuso mecánico que lo deformen, se deben utilizar materiales rígidos y de alta resistencia mecánica.
8.2.2.5 En zonas húmedas y/o lluviosas, debe evitarse el uso de termoaislantes higroscópicos.
8.2.2.6 En tuberías no se deben usar placas rígidas o semirígidas.
8.2.2.7 Temperatura.
8.2.2.7.1 Para tuberías sometidas a fuerte vibración y elevada temperatura 573 K (300 °C), debe utilizarse termoaislantes preformados de lana de roca, fibra de vidrio o perlita expandida en lugar de colchas.
8.2.2.7.2 En tuberías con temperaturas de 673 K (400 °C) y mayores y para cualquier diámetro, deben usarse preformados de fibra de vidrio hasta 454 °C, lana de roca o perlita expandida, ya que estos soportan mejor las vibraciones propias de la operación de la tubería sin adelgazamiento por decantación o asentamiento.
8.2.2.7.3 Se debe usar el criterio de no seleccionar materiales termoaislantes, que por condiciones de diseño lleguen a su máxima temperatura indicada en la tabla 8; cuando se llegue al 90 % de su temperatura límite se debe seleccionar el siguiente material.
Temperaturas (°C) Termoaislantes Lana de roca -Placa rígida Lana de roca -Placa semirrígida -Colcha -Preformado Fibra de vidrio -Colcha Fibra de vidrio -Preformado -Placa semirrígida 37 454 Perlita expandida -Placa rígida -Preformado Silicato de calcio -Placa rígida -Preformado 37 815
Tabla 8 Temperaturas de operación. 8.2.2.8 Requisitos de los Termoaislantes.
Requisitos que deben cumplir las propiedades de los termoaislantes, a fin de poder satisfacer los requisitos específicos de un proyecto determinado y que forman parte de los criterios de aceptación mencionados en 8.1, inciso d.
8.2.2.8.1 Límites de temperatura. Los termoaislantes deben mantener sus propiedades, aún sometidos a
temperaturas extremas. Después de 96 horas operando en ésta condición, no debe presentar grietas, roturas, combamientos, alabeos o disminución de espesor.
8.2.2.8.2 Conductividad térmica. Para calcular la transferencia de calor, es necesaria conocer la
conductividad termica y con base en ello, determinar la calidad o eficiencia del termoaislante. Debe ser constante a través de la vida útil del mismo.
8.2.2.8.3 pH. Se requiere que los termoaislantes y materiales complementarios sean, en seco, ligeramente
alcalinos. Se debe evitar el uso de materiales que al humedecerse adquieran condiciones de acidez para evitar corrosión. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 37 37 37 1035 538 650 37 650
8.2.2.8.4 Inspección visual. Debe efectuarse a la entrega del material, así como de la instalación para evitar
que opere de forma deficiente con excesiva transferencia de calor, debido al maltrato o mala apariencia.
8.2.2.8.5 Capilaridad. Debe hermetizarse el sistema termoaislante, en los casos que pueda hacer contacto
con líquidos peligrosos o inflamables, o en áreas de lavado frecuente.
8.2.2.8.6 Combustibilidad. Los termoaislantes no deben contribuir a la propagación del fuego.
8.2.2.8.7 Resistencia a la vibración. Los materiales termoaislantes fibrosos, no deben ser de baja densidad
a fin de obtener su mayor resistencia a los esfuerzos de vibración de las tuberías y equipo en operación, referencias NMX-C-376, ASTM C 203 y ASTM C 165 o equivalentes.
8.2.2.8.8 Estabilidad dimensional. La estabilidad dimensional debe considerarse en el diseño. Se
diferencía de la expansión/contracción por temperatura porque es permanente, produce efectos adversos en el sistema termoaislante y reduce su vida útil.
8.2.2.8.9 Expansión. El coeficiente de expansión, se debe tomar como base para definir la separación en
juntas de expansión. Al poner un equipo en operación a alta temperatura, la expansión puede hacer que la distancia entre dos boquillas aumente drásticamente y dañe al sistema termoaislante, esto hace indispensables las juntas de expansión cuya dimensión y distanciamiento deben ser definidos con base en el coeficiente de expansión respectivo.
8.2.2.8.10 Higroscopía. Debe evitarse el uso de materiales higroscópicos, ya que la presencia de agua genera
soluciones de sustancias arrastradas por el vapor ambiental, como cloruros, nitratos y sulfatos, provocando corrosión sobre el acero al carbón y por su capacidad ionizante, la provoca también sobre acero inoxidable.
8.2.2.8.11 Resistencia a la compresión. Cuando el termoaislante pueda verse sometido a cargas o abuso
mecánico que lo deformen, debe evitarse el uso de termoaislantes fibrosos de baja densidad. Por otra parte debe considerarse que la resistencia a la compresión varía con la temperatura.
8.2.2.8.12 Transmisión de sonido. A mayor densidad del termoaislante, menor será su coeficiente de
transmisión de sonido, este coeficiente debe considerarse en el aislamiento de tuberías con manejo de fluidos a muy alta presión y velocidad, en expansiones y contracciones de tubería, en estos casos deben utilizarse termoaislantes de alta densidad.
8.2.3 Materiales complementarios de sujeción y acabado.
Los materiales a utilizar son los que se describen a continuacion, de requerirse algùn material no incluido en esta relación, se deben usar los que se indican en la NOM-009 – ENER – 1995.
8.2.3.1 Sujeción. Para sujetar el aislamiento térmico deben utilizarse los materiales indicados a continuación,
los cuales deben contar con la codificación del tubo o equipo y complementarse con la soportería.
a) MS-1 Perno autosoldable de acero al carbono cobrizado de doble punta. Calibre 3,17 mm, Longitud por lo menos 13 mm más que el espesor termoaislante Tipo P-2P. Para temperaturas de 673 K (400 °C) y mayores, los pernos serán de acero inoxidable. Se deben colocar 8 a 10 piezas/m² .
b) MS-2 Clip sujetador de acero galvanizado. Rectangular de 25 x 31,8 mm o circular de tamaño equivalente. Calibre 22 con barrena de 3,17 mm. 8 a10 piezas/m². Para temperaturas de 673 K (400 °C) y mayores, serán de acero inoxidable. Se deben colocar 8 a 10 piezas/m².
c) MS-7 Fleje de acero inoxidable AISI 304, ASTM A-240 Tp 304 (o equivalentes), Calibre 0,51 mm y ancho 19 mm. Uno cada 30 cm para sujetar el termoaislante. Peso aproximado 0,077 kg/m.
d) MS-10 Resortes tensores de acero inoxidable ASTM A-167 Tp 302b (o equivalente), Longitud 122 mm. Diámetro 18 mm. Calibre del alambre del resorte 2,6 mm. Elongación máxima 235 mm con 100 kg de carga.
8.2.3.2 Acabado. Se debe utilizar para proteger el termoaislante del clima y el abuso mecánico. Debe
utilizarse con la codificación correspondiente.
a) MA-3 Emulsión asfáltico-acuosa tipo mastic, Reforzado. Permeable al vapor de agua. Rendimiento aproximado 2
,
50 litros/m². Tiempo de secado medio de 1 a 8 horas y total de 36 horas.b) MA-4 Malla de poliester tratada. 10 hilos de pie y 10 hilos de trama, (100 cuadros/plg²). Rollos de 0.89 x 91
,
50 m.c) MA-5 Lamina de aluminio lisa. Aleación 1100, 3003, 3105 y 3125, envejecido H-14 ó H-16. ASTM B 209. Espesor 0,61mm. Ancho 914 mm. Peso aproximado 1
,
647 kg/m². Con recubrimiento anticorrosivo dieléctrico integrado a base de papel kraft con película de polietileno para protección contra intemperie. d) MA-6 Lámina lisa de acero inoxidable AISI 304 o ASTM A 240 Tp 304 (o equivalente). Calibre 0,
38 mmpara equipo y 0.33 mm para tubería. Peso aproximado 3
,
11 y 2,
70 kg/m².e) MA-7 Fleje de aluminio. Aleación 1100, 3105, envejecido H 14.ó H-16, Espesor 0,635 mm, Ancho 19 mm, ASTM B 209 (o equivalente). Peso aproximado 0
,
0335 kg/m.f) MA-8 Fleje de acero inoxidable AISI 304
(
o equivalente)
, ASTM A-240 (o equivalente). Calibre 0,
51 mm y ancho 19 mm. Uno cada 30 cm. Para sujetar el enchaquetado de aluminio en tuberías o equipo. g) MA-9 Pija de acero inoxidable AISI 304(
o equivalente)
. Cabeza plana hexagonal ranurada, Diámetro3
,
0 mm, Largo 19 mm, con roldana metálica de ajuste y arandela de hule butilo. Colocar una cada 15 cm.h) MA-10 Sello para fleje de acero inoxidable. Aleación AISI 304 o ASTM A 240 Tp 304 (o equivalente). Ancho 19 mm.
i) MA-11 Sello para fleje de aluminio. Aleación 3105, envejecido H 14. Ancho 19 mm.
j) MA-12 Malla de alambre de acero galvanizado por inmersión en caliente. Trama hexagonal con diamante de 13 mm en alambre calibre 23. Rollos de 0
,
914 x 45 m, para anclar el repellado de cemento monolítico en accesorios, ver NMX C 379.k) MA-13 Barrera contra el clima a base de polímeros. Color blanco. Permeancia 0
,
08 permisible. Resistente al fuego. Tiempo de secado de 3 a 48 horas. Contenido de sólidos 32 % en volumen. Rendimiento aproximado 2,
3 litros/m².l) MA-14 Emulsión polimérica resistente al fuego. Reforzado y permeable al vapor de agua. Rendimiento aproximado 0,6 litros/ m². Tiempo de secado de 1 a 4 horas. Las emulsiones acrílicas o poliméricas serán preferidas sobre las asfálticas en los casos en los que la instalación presente riesgo de incendio. m) OM-11 Recubrimiento a base de yeso reactivo. Se debe mezclar con agua. Temperatura límite de
servicio 698 K (425 °C). Para usarse como adhesivo o recubrimiento de piezas de vidrio espumado.
8.2.3.3 Otros materiales. Se deben usar materiales tales como: OM-3. Lana de roca suelta para relleno de
juntas de expansión. Densidad 64 kg/m3. Temperatura límite de servicio 913 K (640 °C). ASTM C 592 (o equivalente).
8.3 Diseño.
8.3.1 Aspectos generales.
8.3.1.1 Se debe elaborar una lista de los sistemas que requieren termoaislante a fin de especificar adecuadamente su tratamiento de forma individual o general. El diseñador debe considerar la separación de las tuberías y anexos de los equipos como: escaleras, plataformas o boquillas, soportería, etc. en función de los espesores termoaislantes.
8.3.1.2 Tanques de almacenamiento. En áreas geográficas donde la temperatura ambiente es por tiempos prolongados, menor que la temperatura de almacenamiento y por tanto usen serpentines de calentamiento, los tanques deben ser termoaislados cumpliendo los criterios de 8.5.10.3
8.3.1.3 En tuberías que manejen fluidos a muy alta presión y velocidad, por el ruido que producen, se deben considerar estos factores para su diseño.
8.3.1.4 Cuando en un proceso a alta temperatura se requiera disipación de calor, se puede optar por un diseño que permita el aprovechamiento de esa energía remanente.
8.3.2 Cálculo de transferencia de calor.
El procedimiento de cálculo para la pérdida de calor y las temperaturas de superficie en equipos o tuberías aisladas, se basa en que el sistema aislante es “homogéneo”; entendiéndose por sistema homogéneo al espesor total en una o más capas, de un mismo tipo de termoaislante, se aceptan otros procedimientos que garanticen mayor precisión. Un ejemplo de cálculo se puede ver en 12.1, del anexo “A”.
Superficies planas. Equipos. Ecuación general de cálculo.
Top- Ta Q = ————— (1)
E/k + 1/f Donde:
Q = Transferencia de calor [W/m²] [kCal/h-m²]. Top = Temperatura de operación [K] [°C]. Ta = Temperatura ambiente [K] [°C].
Ts = Temperatura supuesta de superficie del termoaislante [K] [°C]. E = Espesor termoaislante [m].
k = Conductividad térmica [W/m-K] [kCal-m/h-m²-°C].
1/f = Resistencia térmica de la película de aire. [m²-K/W] [h-m²-°C/kCal]. f = hr+ hc.
hr = Coeficiente de disipación de calor por radiación. [m²-K/W] [h-m²-°C/kCal]. hc = Coeficiente de disipación de calor por convección. [m²-K/W] [h-m²-°C/kCal].
La resistencia térmica de la película de aire al exterior, se puede considerar con un valor de 0,08813 m²-K/W (0,1025 h-°C- m²/kCal), o bien, para mayor exactitud, calcularse con las siguientes ecuaciones:
hc = 3,0075 C [1,11/(Ts+Ta-510,44)]0,181[1,8(Ts-Ta)]0,266[1+(7,9366x10-4V)]0,5. hr = 0,9824x10
-8 ? [(Ta4
-Ts4)/(Ts -Ta)].
? = Emisividad de la superficie aislada (adimensional).
C = Coeficiente de forma, 1,79 para superficies planas y 1,016 para tuberías, adimensional. V = Velocidad del aire m/h.
Tuberías. Ecuación general de cálculo.
Top- Ta Q = ————— (2) Eeq/k + 1/f Donde: Eeq = Espesor equivalente [m]. Eeq = r2 Ln(r2/r1).
r1 = Radio interno del sistema termoaislante [m]. r2 = Radio externo del sistema termoaislante [m].
Para la determinación de r1 y r2se debe tomar el diámetro externo real de la tubería según su propia cédula. La resistencia térmica de la película de aire al exterior puede considerarse de modo promedio, con un valor de 0,08813 m²-K/W (0,1025 h-°C- m²/kCal), o para mayor exactitud calcularse con las siguientes ecuaciones: Para superficies cilíndricas (tuberías):
Hc = 2,7241C Da -0,2 [1,11/(Ts+Ta-510,44)]0,181[1,8[Ts-Ta]0,266[1+(7,9366x10-4 V)]0,5 hr = 0,9824x 10 -8? [(Ta4 -Ts4)/(Ta-Ts)] ? = Emisividad
Da = Diámetro externo del sistema termoaislante
8.4 Máxima transferencia de calor permisible.
Este parámetro debe considerarse para calcular el espesor de un termoaislante. Los valores obtenidos del diseño de acuerdo al procedimiento de calculo de 8.3.2, deben cumplir con los especificados en la Tabla 1 presentada en 12.2 anexo “B”. Una vez establecida la máxima transferencia de calor permisible por pérdida al ambiente, de acuerdo a la superficie por aislar y la temperatura máxima de operación, se podrá calcular el espesor adecuado para un termoaislante.
8.5.1 Limpieza.
Antes de colocar el termoaislante, la superficie por aislar debe limpiarse eliminando óxidos, grasas o escoria, usando medios mecánicos como fibra, cepillo de alambre o cualquier otro procedimiento conforme a las especificaciones de la norma ISO 8501-1. Para la utilización de solventes se debe contar con la anuencia por escrito del representante de Petróleos Mexicanos. No se deben usar solventes clorados para limpiar superficies de acero inoxidable (véase nota en 8.5.2).
8.5.2 Preparación.
Inmediatamente después de la limpieza, se debe aplicar pintura primaria OM-1 (NOM-009-ENER-1995) para evitar la formación de nuevas capas de óxido u otras formas de contaminación. Cuando Pemex determine que existen condiciones corrosivas especialmente agresivas, se debe colocar, además, pintura anticorrosiva siguiendo las recomendaciones del fabricante y aprobadas por Pemex.
Nota: Los trabajos de limpieza y preparación, se deben aplicar solo en los casos en que la superficie por aislar térmicamente, no cuente con la pintura primaria correspondiente.
8.5.3 Condiciones generales para la aplicación.
8.5.3.1 Se debe colocar el aislamiento, una vez que la tubería o equipo ha sido probado neumática o hidrostáticamente, según aplique.
Debe verificarse el espesor y tipo de aislamiento en función de la temperatura de operación de la tubería o equipo, de acuerdo a los criterios marcados en 8.3 y 8.4, con las tablas de espesores que como mínimo, se indican como referencia en el anexo 12.2.
8.5.3.2 Cuando el espesor sea mayor que 76 mm, se debe utilizar doble capa, para lo cual se debe considerar lo siguiente:
a) Las dos capas deben ser preferentemente del mismo espesor, de no ser posible, se debe colocar primero la capa de mayor espesor.
b) Las juntas de las piezas de aislamiento no deben coincidir en ningún sentido. Se deben colocar alternadamente de tramo a tramo y de capa a capa con un desfasamiento > 50 mm.
c) La colchoneta debe usarse pespunteada para evitar los puentes térmicos que provoca el doble armado metálico.
8.5.3.3 No se permite el uso de termoaislantes mojados o con grietas, si las puntas están dañadas, se deben recortar a escuadra.
8.5.3.4 Las placas de datos, sobre equipos o tubería deben quedar visibles, haciendo los cortes necesarios sobre el aislamiento, resanando con cemento MA-2 y sellando con mastique MA-3 y OM-4 conforme a la NOM-009-ENER-1995.
8.5.3.5 En cambiadores de calor, bridas o válvulas, las tuercas deben quedar accesibles; para ello, se debe cortar el termoaislante a una distancia de 51 ó 76 mm, rematando después con un chaflán de cemento MA-2 y sellando con mastique MA-3 y OM-4 (NOM-009-ENER-1995).
8.5.3.6 Para juntas bridadas, el termoaislante se debe instalar hasta que el sistema haya alcanzado sus condiciones de operación y todas las fugas hayan sido eliminadas.
8.5.3.7 Todo saliente metálico de los recipientes, tubería o equipo, se aísla hasta una distancia de 4 a 6 veces su espesor, rematando con cemento MA-2 y sellando con mastiques MA-3 y OM-4(NOM-009-ENER-1995). Para proceder a soldar pernos, grapas o cualquier tipo de soporte para aislamiento sobre tubería, equipo o recipientes en el campo, se debe tener la autorización expresa y por escrito de Petróleos Mexicanos.
8.5.3.8 Después de colocar el termoaislante, se debe instalar su acabado el mismo día para prevenirlo de daños o efectos del clima. De no ser posible, se deben tomar las precauciones necesarias para que quede provisionalmente protegido de la intemperie, sobre todo para materiales fibrosos.
8.5.3.9 Para bridas y válvulas se debe determinar el tipo de aislamiento de acuerdo con las condiciones del proceso, el cual es:
a) Sin aislamiento térmico, con o sin guarda para protección al personal. b) Con sistema termoaislante fijo.
c) Con sistema termoaislante removible.
Estas dos últimas se emplean solo si hubiera que minimizar la transferencia de calor por razones de proceso. En todo caso conviene instalar detector de fugas.
Los materiales que componen el sistema termoaislante deben ser químicamente compatibles, para evitar corrosión y degradación prematura. Los procedimientos para prevenir la corrosión sobre superficies metálicas cobran mayor importancia cuando éstas quedan bajo el sistema termoaislante, ya que en éste caso ocurre de manera inadvertida. Para llevarla a un mínimo posible, deben tomarse precauciones como:
a) Evitar la penetración de agua, ya que la corrosión ocurre si se presenta la combinación agua/metal/oxígeno o agua/acero inoxidable/cloruros solubles (que liberan iones cloro).
b) Verificar que los termoaislantes y materiales complementarios cumplan con los estándares ASTM C 692, C 795 y C 871 (o equivalente).
c) Usar recubrimientos anticorrosivos antes de la colocación del Sistema Termoaislante.
8.5.3.10 En la obra, durante el proceso de preparación del cemento monolítico de acabado, no debe agregarse más de un 5 % en peso de cemento de construcción para evitar condiciones alcalinas que ataquen el aluminio. Esta acción se puede prevenir si la lámina de aluminio tiene protección anticorrosiva-dieléctrica integrada.
8.5.3.11 Toxicidad. En lo referente a la emisión de gases tóxicos, se debe cumplir con las concentraciones
máximas indicadas en la NOM-085-ECOL-1994.
8.5.4 Aislamiento para protección al personal.
8.5.4.1 Deben aislarse las superficies de equipos y tuberías que se localicen a menos de 2,15 m arriba del nivel de piso o distantes 60 cm o menos, de extremos u orillas de andadores, pasillos o plataformas y cuya temperatura de superficie sea igual o mayor a 333 K (60 °C).
8.5.4.2 El aislamiento de carcazas, bombas, boquillas, entradas de hombre, registros, se debe hacer con cemento MA-2 y protegido con mastique asfáltico MA-3 y sellador OM-4 (NOM-009-ENER-1995), de modo que se remueva con facilidad, ó bien optar por el aislamiento removible.
8.5.4.3 Cuando dos secciones aisladas por protección al personal estén separadas por una distancia menor a 2,50 m, el aislamiento debe hacerse continuo.
8.5.5 Aislamiento innecesario y requisitos de montaje.
Cuando en un proceso a alta temperatura se requiera disipación de calor, no debe usarse termoaislante; sin embargo por protección al personal, debe procederse de acuerdo a los criterios siguientes.
8.5.5.1 Las superficies a alta temperatura que requieran disipación de calor, por protección al personal deben ser marginadas físicamente mediante barreras o mamparas, de tal forma que se elimine totalmente el riesgo de que el personal pueda hacer contacto con ellas de forma accidental. Las mamparas protectoras deberán cumplir las siguientes especificaciones:
a) Deben ser de metal desplegado de acero inoxidable tipo 304 con perforaciones no mayores a 25 mm. b) Deben ser removibles a conveniencia del personal de mantenimiento.
c) Su estructura y soporte no debe hacer contacto con la superficie caliente.
d) La concha protectora debe estar a una distancia de la superficie caliente de 75 a 300 mm en un rango de temperatura de operación de 333 a 923 K (60 a 650 °C).
e) Cuando el peso de una concha protectora sea mayor a 20 kg, debe ser fabricada en secciones con un peso máximo de 20 kg cada una.
8.5.5.2 Cuando se trate de equipos de tapa plana en posición horizontal se debe proporcionar pendiente suficiente para permitir el rápido drenado de líquidos, además de colocar los botaguas adecuadamente.
8.5.5.3 Las aristas de los termoaislantes sobre todo granulares se redondearán para evitar erosión, fracturas o maltrato por abuso mecánico.
8.5.5.4 No debe permitirse que mallas o refuerzos de acero galvanizado tengan contacto en superficies con temperatura de 453 K (180 °C) o mayores.
8.5.5.5 Cuando la superficie sea tan irregular que no admita termoaislantes preformados o precortados, se debe aislar con cemento MA-2 (NOM-009-ENER-1995), colocándolo en capas sucesivas de 10 mm y refuerzos intermedios de malla hexagonal MA-12 hasta alcanzar el espesor deseado.
8.5.5.6 Cualquier abertura en el acabado para salientes, debe ser lo más ajustada posible. Debe sellarse debidamente contra intemperie con cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995), sellando con mastique MA-3 y OM-4.
8.5.5.7 El diámetro interno del termoaislante preformado debe ajustarse correctamente al diámetro externo de la tubería sobre la que se ha de aplicar. Esta dimensión, la longitud y el espesor deben tener una tolerancia de acuerdo a ASTM C 585 (o equivalente).
8.5.5.8 Ramales menores conectados a la tubería o equipo principal, deben ser aislados hasta 50 cm después de la primera válvula de bloqueo. Las líneas de desfogue se deben aislar por protección al personal.
8.5.5.9 Cuando las condiciones del proyecto lo determinen, se podrían combinar los sistemas de acabado metálico y no metálico. En cualquier caso, el primero debe traslapar por lo menos 75 mm sobre el segundo y se debe usar OM-3 (NOM-009-ENER-1995), para sellar y evitar entrada de agua.
8.5.5.10 Los tanques de almacenamiento deben ser termoaislados de diferentes formas, ya sea utilizando placa semirrígida, colcha de termoaislante fibroso, bloques de termoaislante granular ó bloques de vidrio espumado y deben sujetarse con pernos, anillos, flejes y adhesivos, entre otros.
8.5.5.11 El acabado del sistema termoaislante en tanques de almacenamiento debe ser metálico sujeto a los anillos de soporte o no metálico repellado sobre el mismo termoaislante.
8.5.5.12 Para el sellado de juntas, traslapes, remates, registros, aberturas y roturas, entre otros, deben usarse selladores del tipo OM-4 (NOM-009-ENER-1995) que sean permanentemente plásticos y flexibles. Todos los materiales utilizados deben soportar la temperatura de la superficie sobre la cual se han de aplicar.
8.5.5.13 En áreas donde se presuma salpicadura de aceites o derrames de fluidos inflamables o tóxicos, se deben usar sistemas resistentes a los derrames de hidrocarburos.
8.5.5.14 El contratista debe prever, definir y justificar la cantidad y ubicación de "puertos de inspección ultrasónica" para medir espesor de pared en tubería y equipos. Estos puertos son claros que deben dejarse en el sistema termoaislante desde su montaje. Estos claros y el corte que se tenga que hacer deben sellarse perfectamente con cemento MA-2 (NOM-009), mastique MA-3 y sellador OM-3 (NOM-009-ENER-1995) dándole forma achaflanada y deben cubrirse con un tapón removible hecho de los mismos materiales que el sistema termoaislante.
8.5.5.15 En tuberías de 0,914 m de diámetro y mayores, se deben aplicar los criterios definidos para equipo (ver 8.5.9.1).
8.5.5.16 Las válvulas deben aislarse hasta la brida del bonete.
8.5.5.17 Se considera tubería vertical cualquiera que tenga una inclinación de 45° a 90° con respecto a la horizontal.
8.5.5.18 Equipos como bombas y compresores se deben forrar con cubiertas aislantes flexibles y removibles (ASTM C-1094 o equivalente) o alojados en cajas desmontables o cemento monolítico aplicado en capas de no más de 3,0 cm de espesor y colocando entre ellas refuerzo de malla de gallinero.
8.5.5.19 Equipos especiales como turbinas y compresores deben ser termoaislados siguiendo estrictamente las instrucciones del fabricante, a fin de conservar la correspondiente garantía.
8.5.5.20 Los Sistemas termoaislantes ubicados en áreas de excesivo tráfico o abuso mecánico deben ser protegidos con mamparas, puentes o plataformas.
8.5.5.21 Cuando la separación entre dos líneas no sea suficiente para alojar el espesor termoaislante se aislarán térmicamente juntas, siempre que sus temperaturas de operación no sean muy diferentes.
8.5.5.22 Cuando se usen termoaislantes granulares rígidos de perlita expandida y a fin de evitar grietas o roturas en ellos durante el arranque de la planta, la temperatura debe incrementarse paulatinamente. Si por el
contrario el incremento de temperatura es grande y repentino, entonces el termoaislante debe usarse en capas múltiples para evitar daños en su espesor total. Las diferentes capas no deben estar pegadas a fin de que el sistema deslice adecuadamente. Las juntas de expansión en las diferentes capas serán tratadas conforme a los criterios marcados en este documento.
8.5.5.23 El diseñador debe tomar las medidas necesarias para que el sistema termoaislante no obstruya ni interfiera la visibilidad, operación y mantenimiento de todo tipo e instrumentos de medición y control.
8.5.5.24 En el sistema termoaislante total de la planta, las superficies expuestas deben quedar con temperatura menor a 332 K (60 ºC). Todas las superficies metálicas, como boquillas, entradas de hombre y salientes, entre otros, deben ser termoaisladas.
8.5.5.25 Equipos cilíndricos hasta 0,762 m (30 pulg) de diámetro se trabajarán y medirán como si fueran tubería.
8.5.5.26 Cuando el Sistema Termoaislante afecte soportes para maniobras de equipos, como anclas, guías, entre otros, el proveedor debe considerar lo necesario para el movimiento de los mismos.
8.5.6 Aislamiento en precipitadores y grandes ductos.
8.5.6.1 Dada su forma de construcción, estructurado con vigas externas, se pueden utilizar diversas formas para colocar el Sistema Termoaislante.
a) Directo sobre la placa usando pernos. El enchaquetado metálico (revestimiento) se aplica de forma separada para evitar que tenga que seguir el contorno marcado por las vigas.
b) Logrando una superficie plana con lámina o metal desplegado colocados sobre las vigas y sobre ella situar el termoaislante. El enchaquetado se debe sostener con pernos roscados y tuercas. En éste caso se deben usar sellos entre la superficie metálica y la cara caliente del termoaislante para evitar el "efecto chimenea".
c) Una combinación de ambos sistemas.
En cualquiera de los casos citados, debe prevenirse el tráfico de personas sobre las superficies superiores y la penetración de agua por escurrimientos o lluvia.
Las pijas y pernos que se utilicen deben ser de acero inoxidable serie 400, hasta 533 K (260 ºC) y serie 300 para mayores temperaturas.
En este tipo de aplicaciones se debe usar como enchaquetado, lámina acanalada.
8.5.6.2 En el sistema termoaislante total de la planta, no deben quedar expuestas superficies con temperatura de 332 K (60 ºC) o mayor. Todas las superficies metálicas, como boquillas, entradas de hombre y salientes, entre otros, deben ser termoaisladas.
8.5.7 Servicio a temperatura dual.
Esto ocurre cuando la tubería o equipo opera durante un tiempo en cierta temperatura (alta o baja) y de forma inmediata, cambia a operar a una temperatura contrastante (baja o alta).
8.5.7.2 El espesor total debe satisfacer los requerimientos de los dos servicios, (alta y baja temperatura) y debe ser diseñado para la condición cuyo cálculo arroje el mayor espesor.
8.5.7.3 En servicios a temperatura dual deben considerarse el calor específico y la difusividad del termoaislante.
8.5.7.4 En tuberías de acero al carbón para prevenir el probable desgaste por erosión del vidrio espumado en su parte interna a causa del movimiento por dilatación y contracción de la tubería o equipo, debe colocarse, precisamente en la parte interna de cada capa termoaislante, un recubrimiento de material OM-11, o similar siempre y cuando tenga propiedades iguales mayores, que eviten el desgaste por abrasión sobre la tubería, siguiendo las indicaciones del fabricante de conformidad con la temperatura de operación del equipo. La pieza de vidrio espumado se colocara en su lugar hasta que este recubrimiento este seco, a fin que no se pegue y permita el deslizamiento libre.
8.5.7.5 En tuberías de acero inoxidable se debe aplicar, entre el vidrio espumado y el sustrato metálico, una capa de fibra de vidrio ó lana de roca OM-3, en un espesor que dependerá del diámetro inmediato superior del preformado. Ver ASTM C 585.
8.5.7.6 En equipos de acero al carbón o inoxidable, se debe aplicar entre el vidrio espumado y la pared metálica, una capa de fibra de vidrio ó lana de roca OM-3 de 19 mm de espesor.
8.5.7.7 Dado que el cambio de temperatura es drástico, deben considerarse los siguientes aspectos:
a) Para absorber el choque térmico y evitar roturas en el vidrio espumado en espesores de 76 mm y mayores, se debe usar doble o múltiple capa. Las diferentes capas no deben estar pegadas entre sí ni la primera al sustrato metálico, a fin de que el sistema deslice adecuadamente.
Capa sencilla. Los cantos de placas, medias cañas o sectores curvos se adhieren y sellan con OM-4 (NOM 009 - ENER -1995), tomando en cuenta que la temperatura límite de uso de este material es 422 K (149º C). Este material es de baja adherencia, por tanto el sistema debe completarse con sujeción mecánica como se marca en este documento.
Capa múltiple. En la primera capa los cantos de placas, medias cañas o sectores curvos se adhieren entre sí y sellan con OM-11 y en las capas superiores con OM-4 (NOM 009 - ENER - 1995), tomando en cuenta que la temperatura límite de uso de este material es 422 K (149º C). Este material es de baja adherencia, por tanto el sistema debe completarse con sujeción mecánica.
b) Las juntas de expansión deben ser tratadas conforme a los criterios señalados en 8.5.8 “juntas de expansión”. Deben tenerse en cuenta las diferencias de expansión entre el vidrio espumado y el sustrato metálico.
c) En el análisis térmico debe considerarse el calor específico del termoaislante y su difusividad térmica.
Temp. de
Operación EspumadoVidrio Acero al Carbón InoxidableAcero K (°C) (mm/m) (mm/m) (mm/m)
373 (100) 0,72 0,91 1,54 423 (150) 1,13 1,46 2,50 473 (200) 1,54 2,02 3,46 523 (250) 1,96 2,57 4,42 573 (300) 2,37 3,13 5,38 623 (350) 2,78 3,68 6,34 673 (400) 3,19 4,23 7,30
Tabla 9 Contracción Térmica. 8.5.8 Juntas de expansión.
8.5.8.1 Las juntas de expansión deben aplicarse dada la diferencia de expansión/contracción, que hay entre el termoaislante y el sustrato metálico.
8.5.8.2 La distancia entre las juntas de expansión se definirá de acuerdo a los coeficientes de expansión/contracción de los termoaislantes. Las tablas siguientes son una guía para definir las distancias a utilizar en temperaturas de operación usuales.
Tuberías.
Distancias Temperatura de Operación Termoaislante Granular
m Termoaislante Fibroso m 533 K (260 °C) 9,0 12,0 644 K (371 °C) 5,5 6,4 1088 K (815 °C) 2,7 3,7
Tabla 10 Distancia entre juntas de expansión. Equipos.
Distancias Elementos
1,80 m Para bloques granulares.
3,00 m Para colchonetas cuando se usen pernos además de anillos de sujeción. - No son necesarias para colchonetas, cuando se sujetan solo con pernos.
3,70 m- Para placa fibrosa semirrígida cuando se usen pernos además de anillos de sujeción. - No son necesarias para placa fibrosas cuando se sujeta solo con pernos.
Tabla 11 Distancia entre juntas de expansión.
8.5.8.3 Las juntas de expansión deben dejar una separación mínima de 5 cm guardando la distancia definida por la tabla anterior. Este hueco se rellena con fibra suelta OM-2 para alta temperatura.
8.5.8.4 Sobre las juntas de expansión no debe colocarse cemento monolítico ni cualquier otro elemento atiesador o no deslizante.
8.5.8.5 Cuando se use doble capa, las juntas de expansión de una y otra capa, deben desfasarse o traslaparse por lo menos 15 cm.
8.5.8.6 Las juntas de expansión, alrededor de boquillas salientes, deben ser formadas de materiales resilientes (fibrosos) y selladas contra intemperie con sellador OM-4.
8.5.9 Soportes.
Cualquier sistema de apoyo y sujeción podrá ser aceptable, siempre que cumpla con las siguientes condiciones:
8.5.9.1 Que en ningún caso establezca contacto entre la superficie caliente y el ambiente.
8.5.9.2 Que en todo caso se recubra con el mismo espesor de termoaislante. Los soportes deben dimensionarse de la siguiente forma:
a) Capa sencilla. El ancho del patín debe ser de la mitad del espesor termoaislante.
b) Capa múltiple. El ancho del patín debe ser equivalente al espesor de la primera capa más la mitad del espesor de la segunda capa.
c) Para espesores de 76 mm y menores, debe usarse solera o ángulo metálico para el anillo de soporte, y en espesores mayores, debe usarse un soporte estructurado a base de ménsulas y anillos de solera discontinuos. Para tuberías que descansen sobre trabes, el soporte debe estar conforme a la especificación K-101 de Pemex.
8.5.9.3 Hasta temperaturas de 453 K (180 °C), cualquier inserto de apoyo, pernos, anillos de soporte, tuercas, soldables o no, deben ser compatibles con el metal de construcción de la tubería o equipo; arriba de esta temperatura los pernos y tuercas deberán ser de acero inoxidable.
La soldadura en los pernos debe ser tal, que pueda soportar que el perno se pueda doblar desde su posición vertical, 90° hacia los dos lados sucesivamente y recuperar su posición original sin daño. Después de esta prueba debe poder soportar una tensión equivalente a tirar de él con un peso de 25 kg.
8.5.9.4 El patín de los anillos de soporte deben dimensionarse de manera que queden inmersos en el termoaislante.
8.5.9.5 Los soportes no deben hacer contacto con la cubierta metálica exterior, para evitar puentes térmicos y la transferencia de calor correspondiente. La cubierta metálica se debe soportar con sistemas flotantes, auxiliándose de pijas y flejes. Solo en alta temperatura y casos extremos, equipos muy grandes (como generadores de vapor, ó torres de destilación), se justifica apoyar la cubierta metálica en soportes que estén en contacto con la superficie caliente. En estos casos se debe colocar un separador térmico entre el soporte y la cubierta metálica y debe prevenirse que el soporte no sea continúo.
En equipos, tanques de almacenamiento y en tuberías verticales, se sueldan o sobreponen con sistemas de tornillos pasados, anillos de soporte para el termoaislante, espaciados de la siguiente manera:
Equipos 3,70 m placa semirrígida o bloques granulares 1,80 m colchonetas (sí no se usan pernos) 3,70 m colchonetas (sí además se usan pernos) Tuberías 9,00 m de 294 K (21 °C) a 533 K (260 °C) verticales 5,50 m de 534 K (261 °C) a 644 K (371 °C)
2,70 m de 645 K (372 °C) a 1088 K (815 °C)
Tabla 12. Distancia entre soportes en equipo y tuberías.
Este distanciamiento se mide a partir del anillo de soporte inferior el cual se coloca justo encima de la línea tangencial del fondo del equipo soportado en patas o del cambio de dirección si es tubería. Si el equipo está soportado en faldón, el primer anillo se debe colocar por debajo de la línea tangencial (soldadura de unión del equipo) a una distancia dada por el diseño del recipiente, sin embargo, la siguiente tabla puede tomarse como guía para la definición de esta distancia:
Temperatura de Operación Distanciamiento m
573 K (300 °C) 0,50
773 K (500 °C) 0,90
108/8 K (815 °C) 1,15
Tabla 13 Distancia soldadura de unión del equipo.
8.5.9.5.1 Los soportes pueden ser ángulos, solerás o alambrón, soldados o atornillados. Los anillos deben estar divididos en partes a fin de que puedan absorber la dilatación por calentamiento. El diseño final debe ser conforme a las especificaciones de cada organismo subsidiario.
8.5.9.5.2 Los recipientes horizontales de 1,50 m y mayores, deben estar provistos de, por lo menos, dos soportes angulares longitudinales soldados al casco.
8.5.9.5.3 Los soportes deben diseñarse de acuerdo al tipo, densidad, forma y espesor, del termoaislante a utilizar.
8.5.9.5.4 Todos los faldones de las torres se deben aislar al interior y exterior de la misma forma y con el mismo espesor que las paredes de los equipos y hasta una distancia marcada por el anillo soporte inferior, rematando con cemento monolítico MA-2 y sellando con mastiques MA-3 y OM- 4 (NOM-009-ENER-1995).
8.5.9.5.5 Los soportes para el sistema termoaislante deben ser proporcionados en su totalidad por el contratista de construcción del equipo o tubería, quien debe apegarse a esta norma para su diseño, dimensionamiento y colocación. Con este propósito, el ingeniero de proceso o diseño de tuberías debe definir el tipo y forma del sistema termoaislante, dentro del periodo de inicio del proyecto y reafirmarlos posteriormente, en los dibujos para construcción.
8.5.9.5.6 Los dibujos, tanto en equipo como en tubería, deben mostrar con claridad la localización y el dimensionamiento de los soportes. En caso de necesitarse soportes adicionales que no hayan sido
especificados o que no se muestren en los dibujos para construcción, éstos deben ser diseñados y suministrados por el contratista y con la autorización de Pemex, para el montaje del termoaislante.
En las tuberías o equipos que especifiquen venas de calentamiento, los soportes deben proveer los espacios suficientes para permitir su instalación, operabilidad y mantenimiento.
8.5.10 Colocación del termoaislante.
El termoaislante debe quedar bien ajustado a la pared metálica de equipo o tubería. No debe presentar huecos, arrugas, bolsas, roturas, colapsos y demás deformaciones.
8.5.10.1 Equipo.
8.5.10.1.1 Colchoneta fibrosa.
8.5.10.1.1.1 Debe colocarse bien ajustada al cuerpo y tapas del equipo, con las juntas alternadas en forma de
petatillo, cosiendo en forma perimetral con alambre MS-4 (NOM-009-ENER-1995). Para las tapas de los recipientes, el termoaislante se debe trazar y cortar siguiendo el contorno, las colchonetas se deben apoyar en los anillos de soporte y la sujeción del termoaislante se debe hacer como sigue:
a) Para recipientes de 2,50 m de diámetro y menores.
En el cuerpo, se deben usar cinchos de flejes MS-5 (NOM-009-ENER-1995) espaciados 30 cm, tensados de tal forma que sujetando firmemente al termoaislante no lo corte, deforme o altere su espesor. En las tapas se deben usar pernos o tuercas distribuyendo de 8 a 11 piezas/m2.
b) De diámetro mayor a 2,50 m.
En el cuerpo, se debe sujetar con flejes a cada 0,30 m y pernos autosoldables MS-1 distribuyendo de 8 a 11 piezas/m2, los que deben colocarse en la etapa de construcción del equipo. La placa o colcha de termoaislante se debe insertar en los pernos y sujetar con el clip rápido MS-2. El perno debe tener una longitud original de 6 mm más que el espesor del termoaislante, para que una vez colocado el clip la punta sobrante se corte de modo que la longitud del perno sea menor que el espesor del termoaislante. c) Con tuercas soldadas en hileras paralelas al eje del cuerpo del recipiente.
Estas hileras deben tener una separación de 0,61 m. Las tuercas se deben utilizar también para anclar en ellas un alambrado entrecruzado y en zig-zag forma de “s” que sujete firmemente al termoaislante. La distancia entre tuercas debe ser de 0,61 m. El tamaño de las tuercas debe ser de 19 mm o mayor, pero al menos 6 mm menor que el espesor del termoaislante. Los huecos originados por las hileras de tuercas se deben rellenar con fibra suelta OM-2 y luego resanar con cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995). Este procedimiento no debe utilizarse cuando se apliquen dos o más capas de termoaislante.
d) Cuando los soportes descritos no hayan sido colocados en la etapa de construcción del equipo, y debido a un tratamiento térmico especificado, no sea posible soldar sobre la pared del recipiente, se debe usar un sistema de sujeción flotante siempre que las dimensiones del equipo lo permitan.
Este sistema de sujeción flotante es a base de anillos de alambrón de 6 mm. La combinación adecuada de estos anillos, fleje y alambre proporcionan la tensión suficiente para conseguir una firme sujeción del termoaislante. Los anillos deben colocarse sobre el termoaislante, en el centro de las tapas y sin tocar boquillas u otros salientes. Un extremo de los flejes radiales se debe sujetar del anillo y el otro extremo
del segundo fleje circunferencial sobre el cuerpo. Los flejes se espacian 0,30 m lo mismo que en el cuerpo del equipo. El primer fleje circunferencial debe aprisionar los flejes radiales.
El segundo fleje circunferencial superior debe estar tensionado con el segundo fleje circunferencial inferior. Todo el sistema de flejes debe estar en equilibrio.
Este sistema suele sobresalir de la superficie del termoaislante y marcarse en la superficie externa de la cubierta de aluminio. Para evitar esto, se debe colocar antes del aluminio, un recubrimiento de cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995) en 10 ó 15 mm de espesor, anclado en una malla hexagonal MA-12. Si se hace necesario debe colocar una segunda capa de cemento monolítico previo refuerzo de malla galvanizada. Para prevenir el efecto corrosivo se debe aplicar una capa de mastique MA-3, o definir el uso de lámina de aluminio MA-5.
Una alternativa para el sistema flotante consiste en curvar tramos de solera metálica, soldar sobre ella pernos o tuercas para el anclaje y/o sujeción, en sus extremos hacerles un doblez a 90°, en este doblez hacer un barreno y posteriormente acoplarlas a la pared del equipo aprovechando su curvatura. Los tramos de solera se añaden con tornillos pasados en los barrenos dando la tensión suficiente. De esta manera, colocando tantos anillos de solera como haga falta, el cuerpo del equipo dispondrá de pernos o tuercas, sin necesidad de soldadura en campo. Se deben tomar en cuenta separaciones que permitan absorber la dilatación del equipo. En las tapas se usan pernos o tuercas distribuyendo 8 a 11 piezas/m2. Si el enchaquetado de aluminio no tiene recubrimiento anticorrosivo-dieléctrico integrado, se debe usar cartón asfaltado MA-1 (NOM-009), como separador entre la colchoneta y la lámina de aluminio, con un traslape de 5 cm en ambos sentidos y en forma de botaguas. Las irregularidades que provoca el anclaje en la superficie del termoaislante, se resanan con cemento MA-2 (NOM-009-ENER-1995) y aplicar una capa continua.
8.5.10.1.2 Bloque granular.
a) Los bloques de 0,1524 o 0,305 m de ancho se deben colocar de forma vertical en el cuerpo del equipo y trazados y cortados en las tapas, con las juntas alternadas en forma de petatillo buscando el junteo a hueso para evitar ranuras, si éstas son menores a 6 mm, se resanan con cemento monolítico; si son mayores sé deben reacomodar los bloques. Para la sujeción se deben usar los sistemas con flejes, pernos, tuercas o flotantes descritos para colchoneta fibrosa. Debe tenerse cuidado al insertar los bloques en los pernos, ya que su propia rigidez puede hacer que se fracturen. En la colocación de los flejes o alambre de sujeción, debe preverse una tensión que sujete el bloque granular a la pared del equipo, considerando su dilatación por calentamiento una vez que éste entra en operación. Para evitar que ésta presión fracture al bloque granular se deben usar resortes de expansión que absorban esta dilatación. Para el efecto, si el perímetro del equipo (con el termoaislante puesto) es mayor a 7,0 m, los flejes se deben dividir en dos o más partes; esas partes se deben unir con los resortes de expansión. b) Las irregularidades que provoca el anclaje en la superficie del termoaislante, se deben resanar con
cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995) o, a criterio de la residencia de construcción, se aplicará una capa continua.
c) Considerando que los bloques granulares suelen tener condición alcalina y por esto pueden interactuar químicamente con la lámina de acabado de aluminio, se debe colocar aluminio con recubrimiento interno anticorrosivo-dieléctrico, integrado a base de papel Kraft y polietileno o de resinas plásticas resistentes MA-5; en su defecto un recubrimiento de cartón asfaltado MA-1 (NOM-009-ENER-1995). d) Para asentar el termoaislante, sea placa semirrígida, colchoneta o bloque, se debe tomar en cuenta la
8.5.10.1.3 Placa fibrosa semirígida. Debe colocarse bien ajustada al cuerpo y tapas del equipo con las
juntas alternadas en forma de petatillo. Para las tapas de los recipientes, el termoaislante se debe trazar y cortar siguiendo el contorno. La sujeción adicional a los anillos de soporte se debe hacer cumpliendo con lo indicado en el numeral 8.5.9.1.
8.5.10.2 Tubería.
8.5.10.2.1 Con colchoneta fibrosa.
a) Se debe colocar colchoneta precortada y pespunteada a la medida del desarrollo perimetral de la tubería aislada (Da).
b) La colchoneta precortada se debe colocar en tramos de 0,61 m de ancho como mínimo, con el armado metálico hacia el exterior. Se deben unir a tope y acoplar firmemente a la superficie metálica procediendo luego a coser transversal y longitudinalmente con alambre MS-4. A cada 0,30 m se deben colocar cinchos de fleje MS-5 (NOM-009-ENER-1995). Tanto la costura como los cinchos deben estar tensados para asegurar la sujeción, pero en ningún caso deben alterar el espesor del termoaislante. c) Las juntas longitudinales se deben ubicar en sentido diagonal y alternar en “zig-zag” sobre la misma
línea.
d) Cuando se presenten irregularidades excesivas en el contorno exterior de la colchoneta colocada, deben ser remodeladas con cemento MA-2 (NOM-009-ENER-1995) o colocar una capa continua para obtener una superficie uniforme.
e) Solo el enchaquetado de aluminio MA-5 se debe instalar directamente sobre la colchoneta. Si la lámina de aluminio no cuenta con recubrimiento anticorrosivo-dieléctrico integrado, es necesario usar cartón asfaltado separador.
8.5.10.2.2 Preformado (fibroso o granular).
a) Las diferentes secciones que componen al termoaislante deben acoplarse sin dejar espacio con la superficie del tubo. Cuando entre las secciones (medias cañas o sectores curvos), se presenten separaciones, estas deben ser resanadas con cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995), pero si la separación es mayor que 6 mm, debe eliminarse mediante el reacomodo o sustitución de las piezas.
b) Sobre la misma línea, y de tramo en tramo, las juntas longitudinales del preformado deben alternarse en zig-zag. Estas juntas deben ubicarse de forma diagonal y no vertical u horizontalmente.
c) Los preformados se pueden también colocar traslapados, es decir, la punta de una media caña debe coincidir con la mitad de la otra.
d) Por cada tramo de 0,914 m se deben colocar tres flejes MS-5 (NOM-009-ENER-1995) para la sujeción de las secciones preformadas. Estos cinchos deben asegurar al termoaislante pero sin deformarlo, agrietarlo o cortarlo.
e) Cuando en preformado granular se use cubierta de aluminio, esta debe contar con recubrimiento anticorrosivo-dieléctrico, integrado a base de papel Kraft y polietileno o de resinas plásticas resistentes.
8.5.10.3 Venas de calentamiento. Deben ser usadas en manejo de aceites y combustibles, para mantener
la viscosidad en términos de bombeo. En lugares en donde se presentan periodos de tiempo, en los que la temperatura ambiente registra valores iguales o menores a 273 K (0 ºC), deben instalarse venas de calentamiento y termoaislante sobre la tubería, tanques o equipos para evitar congelación. Los lineamientos generales para la colocación de venas de calentamiento y su respectivo sistema termoaislante son los siguientes:
8.5.10.3.1 Venas de vapor. Antes de la colocación del termoaislante, las venas de calentamiento de vapor
deben estar totalmente instaladas. Se deben colocar láminas envolventes o cementos transmisores entre la vena y el tubo ó equipo.
8.5.10.3.2 Cuando se trate de una o dos venas paralelas, se debe usar el preformado del mismo diámetro del tubo principal. Se debe acoplar haciendo una ranura en “V” en el interior del preformado, para acoplarlo a la deformación provocada por la vena. Si la ranura no es factible o poco funcional, el preformado se debe colocar con una separación longitudinal de las medias cañas, rellenando con fibra OM-2 y resanar con cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995). Si la vena es múltiple o helicoidal, se debe usar el preformado en la medida comercial inmediata superior y su acoplamiento se debe lograr efectuando los cortes longitudinales que hagan falta para ajustarse al diámetro total que representan el tubo más la vena.
Cuando el termoaislante sea colchoneta, el acoplamiento se debe conseguir cortando la pieza en una longitud igual al desarrollo perimetral que incluya el aumento de diámetro provocado por la vena.
El hueco que queda entre la superficie interna del termoaislante y la superficie metálica de la tubería, separación provocada por la vena, en ningún caso puede rellenarse con fibra suelta.
8.5.10.4 Venas de calentamiento eléctrico.
8.5.10.4.1 Para la instalación del trazado eléctrico deben seguirse las instrucciones del fabricante.
8.5.10.4.2 Si se utiliza termoaislante fibroso debe aplicarse en el mismo diámetro de la tubería y usar cemento transmisor de calor para aumentar la eficiencia de la traza eléctrica. Para evitar el ingreso de agua, los traslapes del enchaquetado de aluminio deben ser de 51 mm o mayores, sellados con OM-4.
8.5.10.4.3 Debe usarse un material cuya adsorción de humedad sea igual o menor a 2 % en volumen, y el sistema aislante térmico debe estar sellado para procurar la impermeabilidad ante la lluvia y las condiciones ambientales. En éste caso, el diámetro interno de las medias cañas debe ser un poco mayor que el diámetro externo de la tubería.
8.5.10.4.4 Para prevenir el ingreso de agua, los traslapes del enchaquetado de aluminio deben ser de 51 mm o mayores sellados con OM-4.
8.5.10.4.5 En tubería vertical donde se usen termoaislantes granulares y para evitar un posible efecto chimenea por el hueco que queda entre el tubo y el termoaislante, debe bloquearse dicho hueco con un tapón de cemento transmisor de calor de 2 cm de ancho, a cada 2,0 m.
8.5.10.4.6 Todas las conexiones de la traza eléctrica se deben ubicar fuera del Sistema Termoaislante.
8.5.10.4.7 Las conexiones, curvas de expansión o tubings localizados fuera del Sistema Termoaislante deben ser tratados con cinta termoaislante por protección al personal y/o conservación de energía. Debe aplicársele protección contra el clima.
8.5.10.4.8 Si el espesor termoaislante es 38 mm o menor deben usarse pijas, para sujetar el enchaquetado metálico, de 51 mm y mayores.
8.5.10.4.9 Todos los remates deben ser sellados al 100 % con chaflán de cemento monolítico MA-2, mastic MA-3 y sellador OM-4 para evitar el ingreso de agua.
8.5.10.5 Accesorios de tubería.
8.5.10.5.1 Preformado (fibroso ó granular).
Para accesorios se deben utilizar termoaislantes prefabricados o debe procederse de la siguiente forma.
a) Para diámetros de tubería de 76 mm y menores, en aislamiento de codos, se pueden aplicar cualquiera de las siguientes alternativas:
- Seguir el contorno con segmentos del preformado.
- Hacer cortes de 45° sobre los extremos coincidentes, sellando cualquier separación menor a 6 mm con cemento monolítico.
b) Para diámetros de tubería de 102 mm y mayores, en codos, el termoaislante se debe aplicar en sectores curvos cortados y trazados, considerando el diámetro y forma del codo. Las separaciones menores a 6 mm se deben sellar con cemento monolítico MA-2. Cualquier separación mayor requiere reacomodo o un nuevo trazo y corte.
En general para cualquier tipo de accesorio y para cualquier diámetro el termoaislante se debe trazar y hacer los cortes a fin de que el acoplamiento entre el termoaislante y la superficie metálica no admitan huecos mayores a 3 mm. Si por cualquier razón se presentan huecos mayores, estos deben ser rellenados con fibra OM-2. Para medidas de accesorios, cortes y acoplamiento de sectores de termoaislante, se debe adoptar el procedimiento del estándar ASTM C-450 (o equivalente).
c) Todos los sectores así cortados deben unirse firmemente sujetándolos con cinchos de alambre MS-3 (NOM-009), cuya tensión no deforme, ranure o corte al termoaislante. No se deben usar flejes.
d) Sobre el termoaislante cuando sea necesario, se debe colocar malla hexagonal MA-12 para admitir el adecuado resane con cemento monolítico MA-2 (NOM-009-ENER-1995), con un espesor mínimo de 10 mm película seca a fin de obtener una forma regular y una superficie uniforme. Este material debe actuar también como preparación para recibir el acabado.
e) El enchaquetado de aluminio se debe instalar directamente sobre el cemento monolítico cuando cuente con recubrimiento interno anticorrosivo-dieléctrico, a base de papel Kraft y polietileno o de resinas plásticas resistentes. Cuando esto no ocurra, se debe usar una capa de mastique MA-3 como separador entre el cemento monolítico y la lámina de aluminio.
8.5.10.5.2 Colchoneta. Se debe trazar y cortar el termoaislante considerando el diámetro y la forma del
accesorio. Los sectores se deben unir cosiéndolos con alambre MS-4 (NOM-009-ENER-1995). Debe prevenirse la existencia de huecos mayores a 3 mm, para lo cual se debe utilizar colchoneta pespunteada con metal desplegado al exterior. Se debe aplicar el procedimiento similar al del preformado.
En condiciones especiales y en diámetros de 51 mm o menores se debe utilizar cemento monolítico, siempre que el espesor termoaislante no sea mayor a 38 mm.